CELULA BACTERIANĂ: CARACTERISTICI ȘI STRUCTURĂ (PĂRȚI) - BIOLOGIE - 2025

Celula bacteriană este cea mai simplă organizație cunoscută a unui organism viu. Bacteriile sunt organisme unicelulare care nu au un nucleu sau oricare organă separată de conținutul citosolic printr-o membrană (toate bacteriile sunt clasificate în domeniul procariotic).

Studiile științifice au arătat că, în ciuda faptului că celulele bacteriene nu au organule, au o organizare, reglare și dinamică internă foarte controlate și precise. Au toate mecanismele necesare pentru a supraviețui condițiilor ostile și schimbătoare ale mediului în care trăiesc.

Diagrama generală a unei bacterii și a părților sale (Sursa: Această imagine vectorială este complet făcută de Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prin Wikimedia Commons)

O astfel de adaptabilitate a însemnat pentru oamenii de știință un instrument important și un model biologic ideal pentru studierea principiilor de bază ale biologiei moleculare; Cunoștințele de bază despre replicarea, transcripția și traducerea ADN-ului au fost înțelese mai întâi în celulele bacteriene înainte de celulele eucariote.

Toate celulele bacteriene sunt microscopice, adică nu pot fi observate cu ochiul liber fără a folosi un microscop, ceea ce reprezintă un mare avantaj pentru studiul acestor microorganisme, deoarece într-un spațiu mic și cu puține resurse nutritive pot fi menținute și studiate la milioane de celule vii.

În prezent, celula bacteriană este unul dintre cele mai importante instrumente biotehnologice. Oamenii de știință manipulează ADN-ul cromozomial suplimentar al bacteriilor pentru a produce sintetic aproape orice proteină de interes uman.

Caracteristicile generale ale celulei bacteriene

Morfologic, celulele bacteriene pot fi extrem de variabile, dar chiar și așa, toate au caracteristici comune. De exemplu:

- Fiecare celulă bacteriană are un perete celular care o înconjoară și este compusă dintr-o combinație de carbohidrați cu peptide care se numește "peptidoglican".

- Celulele bacteriene sunt organisme unicelulare, adică fiecare celulă este un organism complet care poate crește, hrăni, reproduce și muri.

- Materialul genetic al bacteriilor este „împrăștiat” sau distins într-o încurcătură mare scufundată în citosolul celular, într-o regiune cunoscută sub numele de regiunea nucleoidă.

- Multe bacterii au structuri specializate pentru locomoție numită „flagellum”, care se află în regiunile ultraperiferice ale corpului lor.

- Este obișnuit să găsești celule bacteriene care formează colonii sau să mențină o relație simbiotică cu alte organisme și, în plus, multe bacterii sunt patogene pentru om.

- Majoritatea bacteriilor sunt de aproape 10 sau 15 ori mai mici decât dimensiunea oricărei celule animale (eucariote), deoarece acestea nu depășesc o unitate de microni în lungime.

- Se găsesc în toate mediile existente pe biosferă, deoarece există aceste microorganisme adaptate practic oricărei condiții de mediu.

Structura celulei bacteriene (părți)

Mulți oameni de știință subdivizează celula bacteriană în trei regiuni anatomice pentru a facilita studiul. Aceste trei regiuni care sunt comune pentru orice tip de celule bacteriene observate și sunt:

- Regiunea externă , alcătuită din structuri extracelulare (flageli, păr, cili, printre altele)

- Regiunea de acoperire a celulelor , compusă din peretele celular și membrana citoplasmatică

- Regiunea internă , formată din citosol și toate structurile suspendate în ea.

În funcție de specia de bacterii care este studiată în fiecare regiune, se observă unele structuri și părți diferite de „tipicul” unei celule bacteriene. Cu toate acestea, cele mai frecvente pentru orice celulă bacteriană sunt explicate și clasificate în funcție de fiecare regiune în care se găsesc.

Regiunea extracelulară

- Capsula : este o suprafață polimerică care acoperă întregul perete celular al bacteriilor. Este alcătuit din slime și glicocalix, care la rândul lor sunt formate din molecule abundente de carbohidrați legați de lipide și proteine. Capsula îndeplinește o funcție de protecție importantă pentru celulă.

- Film : este o suprafață, un lichid sau o matrice vâscoasă în care sunt imersate celulele bacteriene. Sunt formate din polizaharide similare în compoziție cu polizaharidele capsulei și servesc în general funcții în protecția și deplasarea celulelor.

- Fimbriae : sunt un fel de apendice filamentoase foarte numeroase care se găsesc atașate de peretele celular al bacteriilor. Acestea servesc pentru mobilitatea și aderența celulelor bacteriene la orice suprafață. Sunt formate dintr-o proteină hidrofobă numită pilină.

Fimbriae ale bacteriilor E. coli. Are aproximativ 200. Sursa: (Imagine: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Piliile sexuale: unele fimbrii (puține) sunt modificate pentru a forma un fel de „țeavă”, care este utilizat de bacterii pentru conjugare (transferul materialului genetic între diferite bacterii), care este un fel de „reproducere sexuală” primitiv.

- Flagelele : sunt filamente mai lungi decât fimbriaele și sunt formate din proteine; au un aspect „coadă”. Ele îndeplinesc funcția de conducere pentru mișcarea celulelor și sunt ancorate la membrana celulară. De la una până la sute de flageli pot fi găsite în aceeași celulă bacteriană.

Bacteria Vibrio vulnificus cu flagel. CDC / Janice Haney Carr / Domeniu public

Diagrama unui flagellum bacterian (Sursa: LadyofHats / Domeniu public, prin Wikimedia Commons)

Regiunea de acoperire

Acoperirea celulelor constă, în general, dintr-o membrană citoplasmatică și un strat de peptidoglican care se numește "peretele celular". Plicul este format din complexe de lipide, carbohidrați și proteine. Compoziția chimică a învelișului peptidoglican este utilizată ca clasificare pentru a distinge două tipuri de bacterii.

Bacterii gram pozitive și bacterii Gram negative. Bacteriile gram pozitive se caracterizează prin faptul că au un strat gros de peptidoglican, fără o membrană exterioară care să o acopere, în timp ce bacteriile gram negative au doar un strat subțire de peptidoglican cu o membrană exterioară suprapusă peste ea.

- Membrana citoplasmică : are o structură similară cu membrana celulară a celulelor eucariote. Este o bicapa fosfolipidă cu proteine ​​asociate (integrale sau periferice). Cu toate acestea, diferă de membrana celulelor eucariote prin faptul că nu deține steroli sintetizați endogen.

Membrana citoplasmatică a celulelor bacteriene este una dintre cele mai importante structuri, deoarece este acolo unde se produce fuziunea celulară, transportul de electroni, secreția de proteine, transportul de nutrienți și biosinteza lipidelor etc.

Regiunea interioară

- Genom : spre deosebire de celulele eucariote, genomul celulelor bacteriene nu este conținut într-un nucleu membranos. În schimb, există ca un încurcătură de ADN care este compactat într-o formă mai mult sau mai puțin circulară și se asociază cu unele proteine ​​și ARN. Acest genom este mult mai mic decât genomul eucariot: are dimensiuni de aproximativ 3 până la 5 MB și formează un singur cromozom cu topologie circulară.

- Plasmide sau molecule ADN extrachromosomale : sunt molecule mici de ADN circular, care sunt capabile să se reproducă independent de ADN-ul genomic celular. În general, în timpul conjugării moleculele de ADN plasmidice sunt schimbate, deoarece informațiile necesare pentru rezistența la antibiotice și / sau toxine sunt codificate în acestea.

ADN bacterian și plasmide. Fișier original: Utilizator: Spaully. Traducere: Fibonacci. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Ribozomi : ribozomii participă la traducerea ARN care a fost transcrisă din secvența unei gene care codifică o proteină. Fiecare celulă bacteriană are în jur de 1500 ribozomi activi. Subunitățile ribozomului celulei bacteriene sunt anii 70, 30 și 50, în timp ce celulele eucariote au subunități 60 și 40.

Este obișnuit ca antibioticele să atace ribozomii bacteriilor, blocând translația proteinelor și cauzând liza celulară sau moartea.

- Endospores : bacteriile au spori interni care sunt în stare latentă și sunt folosiți pentru supraviețuire atunci când condițiile de mediu sunt extreme. Endosporesele ies din starea lor latentă când diferiți receptori de la suprafață detectează că condițiile sunt din nou favorabile; Aceasta creează o nouă celulă bacteriană complet funcțională.

Endospores verzi în interiorul celulelor bacteriene. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Granule sau corpuri de incluziune : acestea funcționează ca un fel de rezervă pentru carbohidrați, compuși fosfați și alte molecule. Compoziția lor variază în funcție de speciile de bacterii și sunt ușor vizibile în citoplasmă folosind microscopuri optice.

Referințe

1. Cabeen, MT, & Jacobs-Wagner, C. (2005). Forma celulelor bacteriene. Nature Review Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP, & Smith, CJ (2007). Structura și compoziția microbilor.
3. Gitai, Z. (2005). Noua biologie a celulelor bacteriene: părți mobile și arhitectură subcelulară. Celulă, 120 (5), 577-586.
4. Silhavy, TJ, Kahne, D., & Walker, S. (2010). Plicul celulelor bacteriene. Cold Spring Harbor perspective în biologie, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L., & Woolverton, CJ (2009). Principiile Prescott ale microbiologiei. Boston (MA): McGraw-Hill Învățământ superior.